公路桥梁设计中的安全性及耐久性研究

管清波 潍坊昌通工程设计有限公司

公路桥梁结构也是整个公路运输系统工程建设中，另一个非常重要的结构组成部分和结构组成部分。近年来，随着我国城区现代城市经济发展和城市建设产业化步伐的不断加快，公路桥梁体系结构的建设形式逐步发展，并取得了一系列显著成果。目前，在公路桥梁的设计、施工和养护活动中，普遍对公路安全性能指标和设计耐久性提出了安全技术管理要求。

一、我国公路桥梁设计的安全性和耐久性现状

目前，桥梁工程的桥梁设计技术和整个桥梁行业还存在一些技术问题。相关从业者很难真正全面地考虑整个桥梁设计。在对桥梁抗震设计等问题进行理论分析时，相关从业者经常发现，当片面地只考虑桥梁的整体结构安全性，而往往忽视了结构设计及其桥梁整体耐久性时，往往会出现一些常见问题。当然，相关从业者可能都知道如何了解特定桥梁结构的强度、耐久性和安全性这一关键问题，但事实上，设计师们往往只认真考虑桥梁的强度和耐久性，同时，设计师往往忽视应该认真考虑的耐久性，桥梁的安全和使用寿命是第一位的。如果一个设计师只是简单地考虑和计算其桥梁强度，而没有真正开始考虑桥梁的耐久性和安全性，那么很明显，此时桥梁本身的耐久性设计也将是一个不可能完美实现的设计方案，如果只单方面考虑桥梁结构在其实际使用环境中的使用寿命，就会出现难以完全避免的问题。

二、公路桥梁设计中安全性及耐久性的影响因素

（一）施工管理水平不高

公路桥梁工程长期以来发展迅速。目前，该项目的所有细节在技术上已经并正在逐渐成熟。然而，由于桥梁安全缺陷和结构耐久性功能不足，而导致的公路桥梁工程严重突发性损坏和坍塌事故，已受到国内外的广泛关注。通过对各种原因的调查分析，可以清楚地看到，由于桥梁施工质量管理和水平要求较低，在具体的施工过程管理中，可能会出现工程质量不符合国家施工技术标准规定的条件等特殊现象，这是导致这些严重事故频繁发生的一个非常重要的因素。

（二）设计理念和结构体系较差

目前，国外公路桥梁结构和公路结构体系的设计和应用仍有许多实际应用，不一定十分成熟、完善和有效。一般来说，公路桥梁结构安全性的评估和设计方法并不简单，但应基于使用各种复杂结构类型的公路桥梁系统的工程经济合理性，综合考虑即：认真、系统地分析和研究各类公路桥梁的结构体系设计，以及各桥梁构件之间的连接，只有通过计算各种典型公路结构的耐久性和可靠性，才能确保公路结构的综合安全性能，及其安全系数符合现行设计规范。

（三）设计的安全性和耐久性意识不足

公路桥隧总体设计方案往往过于注重总体技术方案，而对一些主要专项设计指标的设计因素关注甚少。例如，对其安全要求和耐久性的因素没有太多关注，这些指标的设计缺乏高度的精确性。业主公司或土建单位在项目设计中实际评估项目整体效果时，为了赶上项目进度或进一步简化项目的一些关键技术问题，会故意忽略与项目安全性和耐久性有关的内容。一个重要原因可能是安全设计和环境耐久性评估方法的计算更加抽象和繁琐。需要根据项目现场情况进行评估和分析，比较繁琐复杂，工作量较大。另一个主要方面，可能是工程安全性和设备耐久性通常没有在最短的时间内得到充分体现，也没有那么直观的感觉。

（四）设计审核过程不严

公路桥隧工程项目的所有审查和设计过程都是系统、全面工程管理下的重要基础工作，其中最关键、最重要的是最后一个设计环节，也应该是设计审查。评审过程中包含的设计基本内容应包括各种主要材料的性能、安全系数、失效时间、机械强度等许多重要计算，如经济分析和计算，必须计算并对应设计的重要指标参数，需要与设计有明确的对应关系，并指出至少需要一些专家提前讨论、分析或检查，在其他重大设计问题和错误中发现的一些错误应发回并重新修订。然而，在实际项目实施前，图纸审查、设计论证、资料审查等多个过程操作中没有统一的工艺规范可以实现，质量控制环节不够规范和严格，即使在少数工程项目中发现问题，其程度往往远未在审计评价中得到充分体现。

（五）维护手段不足

公路桥梁工程路桥施工中使用的大部分桥体材料，在施工作业中都会暴露在恶劣的低温空气系统条件下。因此，路桥面板施工中使用的材料，在任何时候都会受到各种条件的影响，如极端降水、长期冲刷和侵蚀下的结冰，如暴露或其他恶劣或极低温天气环境，当公路桥梁施工和施工过程中经常遇到一些极端暴雨时，在公路桥面材料的使用上会逐渐积累大量未凝结的初始凝结水，如果夜间路面温度较低，则更有可能再次凝结形成霜层水或冰。一旦初凝冷却到足够低的路面温度，就更有可能直接对公路桥梁结构及其使用的部分沥青混凝土造成严重冻害，因此，现在我们需要帮助及时、准确地清除道路上的冻水。

三、公路桥梁设计中的安全性及耐久性的改善方法

（一）做好公路桥梁结构设计的准备工作

在我国公路桥梁建设的早期阶段，要做好各项准备工作，使后续的施工作业能够相对顺利、稳定地进行。在施工前的准备工作中，应尽可能选择技术水平高、技术能力强的人员，对施工区域进行深入调查研究，充分掌握该区域的地下水储量和施工区域的环境气候变化。同时，必须全面分析公路桥梁后续养护中可能出现的各种风险和问题。在桥梁设计过程中，应进行合理的调查研究，并考虑各种因素。对于可能出现的各种问题，有必要提前制定一套解决方案，以确保这些措施能够进一步完善桥梁结构设计，提高高速公路桥梁的设计安全性和耐久性，为高速公路桥梁的整体质量打下良好的基础。

（二）充分考虑路桥的疲劳损伤

在我国沿海高速公路桥梁建设和运营过程中，确实存在许多环境因素，如河流对水中有害物质的长期侵蚀影响，以及当地季节性气候降水和地温的变化，这些因素也会受到人为因素的干扰。在这些影响因素的共同作用下，公路桥梁系统也会产生循环应力。除了公路桥梁结构系统的共振外，桥梁也可能存在疲劳损伤。随着桥梁运营时间的延长，疲劳损伤和桥梁结构振动将缓慢累积。如果不及时解决和处理，往往会破坏整个桥梁结构，降低其耐久性和安全性。因此，在公路桥梁的具体设计中，应加强对公路桥梁疲劳损伤的控制和及时监测。针对表面裂缝，采取科学方法，加强管理和控制，避免结构材料断裂。此外，需要对桥梁混凝土结构中钢筋构件的疲劳损伤和腐蚀进行深入分析，以了解其原因，从而使桥梁设计更有针对性。

（三）加强保护层厚度控制

通过了解国家现行相关工程质量法律法规和相关技术标准，以此了解到，在钢筋脚手架施工验收前一个月，设备安装调试的质量管理、监督、检查和监督工作已经全面展开。在施工过程中，除严格控制合格率外，还应科学控制安装偏差。在具体公路桥梁试验设计审查的实施中，应注意充分吸收技术规范和标准，结合国家现行有关规定，在尽可能全面明确各类公路桥梁性能分类和性能特征划分的理论依据的前提下，在每次检验的设计抽样分析结果报告中严格规定各不合格点之间的相对最大允许正负偏差及其限值。如果出现偏差，必须无条件改进。钢筋混凝土的结构厚度以及结构与混凝土保护层结构之间的关系应严格标准化。合理控制梁、板、拱桥之间的偏差。一般情况下，梁板和拱桥间距的偏差系数应确定为+10mm，-7mm；墩台之间的偏差一般在+12mm至-5mm之间；桩基上的偏差值可达到允许值，误差范围一般为+15mm，-10mm。此外，为了提高公路桥梁设计的合理性和科学性，有必要根据相关标准规定设计耐久性和安全参数，明确各种施工技术要求，加强桥梁设计关键技术的研究，从而提高桥梁结构的整体水平，促进公路桥梁安全性和耐久性的提高。

（四）严格控制钢筋配置

为了进一步提高公路桥梁的安全性和耐久性，在公路桥梁的实际设计过程中，除了严格控制保护层厚度外，还需要合理配置钢筋厚度。一般来说，钢筋锈蚀问题不可避免地会对桥梁结构产生直接影响，甚至导致桥梁承载力的大幅降低。如果整体应力面减小，原有的工程应力将非常集中，造成公路桥梁工程结构的巨大安全隐患。从桥梁工程的角度来看，钢筋锈蚀对横截面的强度影响很大，会降低整体结构的耐久性和结构性能，不能满足公路桥梁建设的标准和要求。因此，在具体的钢筋设计过程中，必须加强对钢筋保护层厚度的控制，做好相应的防腐工作，合理应用混凝土施工工艺，加强控制。在设计过程中，应注意施工技术和方法的应用，以确保不会出现蜂窝或麻面问题，从而提高混凝土的整体稳定性和耐久性。

（五）制定疲劳养护计划

所有路桥结构的承载能力都相对有限，结构本身的自由承载能力设计目标具有强调结构多样化设计目标的特点。除了这些因素共同受到人类日常车辆惯性驾驶特性和车辆正常驾驶时的各种重力载荷的影响外，风载荷和其他因素（如人载荷）最终将直接传递到道路和桥梁结构的一些内部建筑系统，最终将形成一个极其复杂多变的结构内部压力，最终，该结构中的压力将直接传递到路桥结构内部的许多部位。通过这样一个长期的逐步积累经验，路桥结构本身的整体结构，也就是说，它往往开始遭受到一定程度的轻微疲劳磨损。如果是疲劳磨损，则疲劳磨损的程度比较严重，往往会导致公路桥梁结构出现不同程度的裂缝，因此，有必要进行公路工程勘察，设计和管理技术部能够根据维修施工期间的环境要求，以及维修车辆在施工开始时实际驾驶和维修引起的各种应力变化，开展重点和有针对性的工作，并对公路桥梁结构本身的疲劳和磨损制定养护管理方案，避免了在第一次养护时未能妥善处理桥梁结构上的大面积裂缝，当出现这种严重问题时，将直接导致结构的疲劳应力和大范围扩展，甚至可能导致桥梁结构倒塌、桥体严重变形断裂、严重变形开裂等情况。

四、结语

为了不断系统地更新认识，不断提高未来公路交通桥梁的安全设计水平，除了积极借鉴国内外许多高等级公路桥梁设计成功案例的成功实践经验外，在公路工程桥梁建设和运营过程中，要更加注重提高设计的现代化管理和应用水平，不断学习和更新公路工程桥梁安全设计的先进理念，创新公路桥梁设计的新方法，最终使我们需要的现代公路桥梁的安全能力和安全耐久性齐头并进。